IGBT的驱动功率计算

对于IGBT的门极所需的驱动功率的大小计算，我们经常在拿到IGBT规格书的时候会根据其中的Qg或者输入电容

Ciss(Ciss=Cge+Cgc)做一个大致的计算,P=Qg*ΔVge*f或者P=Ciss*5*ΔVge?*f，今天我们就来聊聊IGBT驱动器驱动功率的计算。

关于IGBT的使用，我们在评估完IGBT本身特性参数的时候，可以最重要的就是驱动器的选择和设计了，此时我们经常会遇到，如Datasheet描述的参数不是太充分，驱动电阻应该如何选择(这个一般IGBT厂家都会有一个推荐值，在其附近选取，再根据实际情况进行调整)等等一些不确定因素或者问题，在这之前，我觉得对于一个驱动器的设计，最重要的因素还是其驱动功率，这一点达不到，其他因素都没有意义了。

1.

确定门极电荷Qg和门极电容

对于设计一个驱动器来说，最重要的参数莫过于门极电荷Qg的大小，同时确定实际的门极输入电容Cies的大小，因为Datasheet中给到的输入电容大小一般是个参考值，确定实际门极输入电容是一重要意义的。

我们可以通过测量门极的充电过程来确定实际输入结电容Cin的大小。首先，在负载端没有输出电压的情况下，我们可以进行下面这样的计算：

门极电荷Qg=∫idt=C*ΔV

确定了门极电荷Qg之后，我们可以通过门极充电过程中的门极电压上升过程，示波器可以测量出ΔV，那么利用公式可以计算出实际的门极输入电容

Cin=Qg/ΔV

这里的测得的实际输入结电容Cin在我们的设计中是具有很大意义的。

2.

关于Ciss

在IGBT的Datasheet中，我们经常会看到一个参数Ciss，在实际电路应用中，这个参数其实并不算一个很有用的参数，是因为它是通过电桥测得的，由于测量电压太小而不能达到门极的门槛电压，实际开关过程中的miller效应并没有能包涵在内。在测量电路中，一个25V的电压加在集电极上，在这种测量方法下测得的结电容要比Vce=0的时候要小一些，因此，规格书中的Ciss这个参数一般用于IGBT相互做对比时使用。

一般我们使用下面的经验公式根据规格书的Ciss来计算输入电容Cin的大小

Cin=5Ciss

3.

驱动功率的计算

接下来让我们看看应该如何来计算驱动功率。

在输入结电容中存储的能量可以通过如下公式计算：

W=1/2*Cin*ΔU?

其中，ΔU是门极上上升的整个电压，比如在±15V的驱动电压下，ΔU就是30V。

在每个周期，门极被充电两次，一个IGBT所需的驱动功率我们可以按下式计算：

P=f*Cin*ΔU?

如果门极电荷先前通过测量得到了，那么

P=f*Qg*ΔU

这个功率是每个IGBT驱动时所必须的，但门极的充放电时基本没有能量损失的，这个功率实际上损失在驱动电阻和外部电路中。当然，设计时还需要考虑其他方面的损耗，比如供电电源的损耗。

4.

驱动电流的计算

驱动器的最大输出电流必须大于等于实际所需要的门极驱动电流，计算公式如下：

Ig,max=ΔU/Rg,min

ΔU是整个门极上升电压，而Rg,min是电路中选取的最小驱动电阻。

下面我们举个例子简单计算一下：

比如现有一个200A的IGBT模块，工作频率8KHZ，门极电荷测量波形如下：

 

 

Qg和ΔU可以通过示波器测得：Qg=2150nC，ΔU=30V

那么门极电容Cin=Qg/ΔU=71.6nF。

所需的驱动功率：

P=f*Qg*ΔU=8*2150*30=0.516W

如果Rg=4.7Ω，那么驱动电流为：

Ig=ΔU/Rg=30/4.7=6.4A

所需驱动功率的大小，再结合其他设计因素，我们就可以参考设计出所需的驱动板。